引言

MIL-STD-1553B總線（以下簡(jiǎn)稱1553B總線）是美國(guó)定義的一種軍用串行總線標(biāo)準(zhǔn)，全稱為飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線，它規(guī)定了數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線及其接口電子設(shè)備的技術(shù)要求，同時(shí)規(guī)定了多路傳輸數(shù)據(jù)總線的工作原理和總線上的信息流及要采用的電氣和功能格式。1553B總線的地位日益突出，已廣泛運(yùn)用于航空航天、海上武器、地面武器等領(lǐng)域。近期基于1553B總線通信的某型飛機(jī)導(dǎo)彈發(fā)射裝置（在測(cè)試系統(tǒng)中作為RT遠(yuǎn)程終端）在進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)隨動(dòng)測(cè)試方位角及俯仰角均為0。的故障，正常應(yīng)該為±20。。本文就該問(wèn)題進(jìn)行分析，找出了故障的原因，并給出了解決處理方案，避免故障重復(fù)發(fā)生。

1系統(tǒng)介紹

導(dǎo)彈發(fā)射裝置在性能測(cè)試時(shí)的組成如圖1所示。

圖1中，專用測(cè)試設(shè)備用來(lái)模擬飛機(jī)上武器外掛管理系統(tǒng)和導(dǎo)彈，通過(guò)1553B總線和導(dǎo)彈發(fā)射裝置進(jìn)行通信，模擬導(dǎo)彈接收導(dǎo)彈發(fā)射裝置傳遞的信號(hào)。

導(dǎo)彈發(fā)射裝置中安裝了一個(gè)信號(hào)控制盒和電子部件，信號(hào)控制盒專門負(fù)責(zé)和飛機(jī)用1553B總線進(jìn)行通信，將總線信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)輸入給電子部件，經(jīng)電子部件對(duì)信號(hào)變換后輸出給導(dǎo)彈，在傳遞的信號(hào)中包含將飛機(jī)雷達(dá)目標(biāo)位置信號(hào)傳遞給導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，以便導(dǎo)彈發(fā)射后跟蹤摧毀目標(biāo)。

圖1導(dǎo)彈發(fā)射裝置，性能測(cè)試組成圖

2故障原因分析

從系統(tǒng)的組成及工作原理分析，本故障的原因?yàn)?553B總線通信異常。為了驗(yàn)證是否是外圍專用測(cè)試設(shè)備故障，用之前交付的導(dǎo)彈發(fā)射裝置進(jìn)行測(cè)試，隨動(dòng)測(cè)試性能合格，設(shè)備原因基本可排除。

將導(dǎo)彈發(fā)射裝置中的信號(hào)控制盒單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其和試驗(yàn)臺(tái)無(wú)法進(jìn)行總線通信。在信號(hào)控制盒內(nèi)負(fù)責(zé)和專用測(cè)試設(shè)備進(jìn)行1553B總線通信的電路為BU-61580總線接口芯片，該芯片為美國(guó)DDC公司生產(chǎn)的1553B總線協(xié)議芯片，該協(xié)議芯片包含微處理器和1553B總線之間完備的接口，集B（總線控制器）、RT（遠(yuǎn)程終端）、BM（總線監(jiān)控器）三種工作模式為一身，封裝為70引腳的DIP,傳輸時(shí)使用1.41:1的變壓器。BU-61580內(nèi)部集成了雙收發(fā)器邏輯、編解碼器、協(xié)議邏輯、內(nèi)存管理和中斷控制邏輯。

隨后對(duì)信號(hào)控制盒內(nèi)給BU-61580總線接口芯片供電電源模塊監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，電源模塊無(wú)輸出，更換新的電源模塊后單獨(dú)對(duì)信號(hào)控制盒測(cè)試總線通信正常，性能合格。將修復(fù)后的信號(hào)控制盒重新裝回導(dǎo)彈發(fā)射裝置，進(jìn)行隨動(dòng)測(cè)試，隨動(dòng)測(cè)試方位角及俯仰角均為0°依然故障，可排除電源模塊故障是造成隨動(dòng)測(cè)試故障的原因，測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)專用測(cè)試設(shè)備電流變大到3A，而正常情況下為1.5A。經(jīng)仔細(xì)檢查信號(hào)控制盒發(fā)現(xiàn)，BU-61580總線接口芯片的一角顏色發(fā)黃，經(jīng)對(duì)其他隨動(dòng)測(cè)試故障品檢查，該芯片均存在顏色發(fā)黃現(xiàn)象。對(duì)故障產(chǎn)品再次測(cè)試，用手觸摸BU-61580芯片發(fā)黃部位很快燙手，將BU-61580總線接口芯片和之前交付產(chǎn)品中的芯片進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，該芯片的版本不同，之前交付的為D版本，而該次故障芯片為E版本。

對(duì)兩種版本全新的BU-61580芯片送第三方權(quán)威檢測(cè)部門進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，從提供的產(chǎn)品故障情況及發(fā)現(xiàn)的芯片發(fā)燙異常，檢測(cè)方分析認(rèn)為是芯片發(fā)生了閂鎖效應(yīng)。

閂鎖效應(yīng)是指在CMOS器件所固有的寄生雙極晶體管被觸發(fā)導(dǎo)通，在電源與地之間形成低阻抗大電流通路，導(dǎo)致器件無(wú)法正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀器件的現(xiàn)象，這種寄生雙極晶體管存在CMOS器件內(nèi)的各個(gè)部分，包括輸入端、輸出端、內(nèi)部反相器等。閂鎖一般發(fā)生在外圍與輸入、輸出有關(guān)的地方。ESD和相關(guān)的電壓瞬變都會(huì)引起閂鎖效應(yīng)，是半導(dǎo)體器件失效的主要原因之一。

檢測(cè)方首先對(duì)兩種版本的器件的數(shù)字芯片進(jìn)行了閂鎖試驗(yàn)，給器件的54腳接入5V直流電源，18腳接地，然后用浪涌試驗(yàn)儀給54腳弓|入正向浪涌電壓，直到電壓達(dá)到9V時(shí)靜態(tài)電流從0.05A突變?yōu)?.15A。在立體顯微鏡下對(duì)電路內(nèi)部數(shù)字芯片的壓焊絲進(jìn)行仔細(xì)檢查，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有壓焊絲過(guò)流熔斷現(xiàn)象。兩種版本器件該項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

檢測(cè)方繼續(xù)對(duì)E版本芯片內(nèi)部收發(fā)器芯片進(jìn)行抗浪涌試驗(yàn)，試驗(yàn)中分別給電路的68端、38端加5V直流電壓，69、37端接地，然后用浪涌試驗(yàn)儀分別給68端、38端引入浪涌電壓，68端電壓達(dá)到13V時(shí)靜態(tài)電流從0.02A突變?yōu)?.08A，38端電壓達(dá)到12.5V時(shí)靜態(tài)電流從0.02A突變?yōu)?.09A。在立體顯微鏡下對(duì)收發(fā)器芯片的壓焊絲進(jìn)行仔細(xì)檢查，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有壓焊絲過(guò)流熔斷現(xiàn)象。對(duì)D版本新品內(nèi)部收發(fā)器芯片進(jìn)行抗浪涌試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果當(dāng)68、38端電壓升至20V、19.5V時(shí),靜態(tài)電流從0.02A突變?yōu)?A，在立體顯微鏡下對(duì)收發(fā)器芯片的壓焊絲進(jìn)行仔細(xì)檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓焊絲出現(xiàn)過(guò)流熔斷現(xiàn)象。

從試驗(yàn)結(jié)果可以得出的結(jié)論是：E版本的BU-61580芯片內(nèi)部收發(fā)器當(dāng)外部浪涌電壓達(dá)到12.5?13V時(shí)發(fā)生閂鎖效應(yīng),而D版本芯片內(nèi)部收發(fā)器受到浪涌電壓達(dá)到19?20V時(shí)發(fā)生閂鎖效應(yīng),E版本器件較D版本耐受外部電壓浪涌的能力弱。

是否器件的差異就是造成此次故障的根本原因呢？其實(shí)不然。器件的差異只是出現(xiàn)故障的一個(gè)誘因，從分析結(jié)果看器件發(fā)生了閂鎖而導(dǎo)致不能正常通信，那么發(fā)生閂鎖的原因是什么呢？為什么信號(hào)控制盒單獨(dú)進(jìn)行性能測(cè)試沒(méi)有發(fā)生閂鎖,而裝入導(dǎo)彈發(fā)射裝置后進(jìn)行測(cè)試就發(fā)生了閂鎖呢？

繼續(xù)對(duì)信號(hào)控制盒測(cè)試系統(tǒng)和導(dǎo)彈發(fā)射裝置測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)它們?cè)跍y(cè)試時(shí)使用的測(cè)試數(shù)據(jù)總線耦合方式均為直接耦合，但試驗(yàn)電纜的長(zhǎng)度不同。信號(hào)控制盒測(cè)試電纜較短，受到的外界干擾較小，而導(dǎo)彈發(fā)射裝置的測(cè)試電纜較長(zhǎng)，按照1553B總線通信協(xié)議，不能采用直接耦合方式,而應(yīng)該采用如圖2所示的間接耦合，即變壓器耦合。

圖2變壓器耦合的數(shù)據(jù)總線接口

間接耦合是指終端通過(guò)一個(gè)次級(jí)隔離變壓器連接到主電纜上，隔離變壓器位于終端設(shè)備的外部，主電線兩端通過(guò)阻值等于電纜特征阻抗的電阻與耦合變壓器相連，以確保傳輸線不匹配造成的反射最小。間接耦合與直接耦合相比，具有較好的電氣隔離、阻抗匹配和較高的噪聲抑制性能，電氣隔離避免了終端故障或者短截線阻抗失配對(duì)主總線的影響，在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)優(yōu)先選擇變壓器耦合方式。間接耦合方式的短截線長(zhǎng)度應(yīng)小于6m。而直接耦合方式，短截線長(zhǎng)度應(yīng)小于0.3m。

從以上分析可以得出本次故障的根本原因?yàn)閷?dǎo)彈發(fā)射裝置測(cè)試系統(tǒng)采用的1553B總線通信接口耦合方式不正確，導(dǎo)彈發(fā)射裝置測(cè)試系統(tǒng)電纜較長(zhǎng)，容易受到外界的干擾，從而使本身耐受浪涌電壓能力較弱的E版本BU-61580總線接口芯片發(fā)生了閂鎖，導(dǎo)致總線不能通信，從而導(dǎo)致隨動(dòng)測(cè)試故障,而信號(hào)控制盒部件測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)由于電纜較短，測(cè)試環(huán)境相對(duì)較好，提供給產(chǎn)品的浪涌電壓較小，總是達(dá)不到E版本BU-61580閂鎖電壓，因此部件測(cè)試中未暴露出問(wèn)題。

3糾正措施

根據(jù)以上分析的故障原因，對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射裝置的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，購(gòu)置兩個(gè)總線耦合器和兩個(gè)終端電阻，按照?qǐng)D3所示接線。同時(shí)對(duì)信號(hào)控制盒部件測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了加裝耦合器的改進(jìn)完善。

圖3測(cè)試系統(tǒng)改進(jìn)后總線電纜接法

4糾正措施有效性驗(yàn)證

61580的不同導(dǎo)彈發(fā)射裝置反復(fù)進(jìn)行測(cè)試，未發(fā)生故障，證明本次采取的糾正措施有效。

5結(jié)語(yǔ)

電子產(chǎn)品在分析排故時(shí)不能受表象所迷惑，當(dāng)沒(méi)有找到問(wèn)題的真正原因而采取了措施，這個(gè)措施實(shí)際是無(wú)效的。在使用1553B總線通信時(shí)，總線控制器BC和遠(yuǎn)程終端RT之間的接口是有嚴(yán)格的規(guī)定,各遠(yuǎn)程終端RT掛接在主總線上時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用間接變壓器耦合方式。按照本文給出的接法改進(jìn)后,導(dǎo)彈發(fā)射裝置隨動(dòng)測(cè)試故障消除。

20211116_6193d3752e701__某型導(dǎo)彈發(fā)射裝置隨動(dòng)測(cè)試故障分析解決方案